Linux的kobject机制

作者：Younger Liu，本作品采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 3.0 未本地化版本许可协议进行许可。 

sysfs文件系统下的每个目录对应于一个kobj，kset是kobj的封装，内嵌了一个kobj，其代表kset自身，ktype代表属性操作集，但由于通用性，因此把ktype单独剥离出来，kobj，kset，ktype成为了各个驱动模型最底层的关联元素，并由此形成了sys下的各种拓扑结构。

1          kobject，kset，子系统层次结构

内核通常用kobject结构将各个对象连接起来组成一个分层的结构体系。

 

一个 kset是嵌入到相同类型结构的 kobject的集合。

struct kobj_type 关注的是对象的类型，而struct kset关心的是对象的集合，可认为kset是kobjects的顶层容器类。每个 kset 在内部包含自己的 kobject,并可以用多种处理kobject的方法处理kset。 kset总是在 sysfs中出现;一旦设置了 kset并把它添加到系统中,将在 sysfs 中创建一个目录；kobjects不必在 sysfs中表示, 但kset中的每一个 kobject成员都在sysfs中得到表述。

 

2          如何实现sysfs接口

kobject 是在 sysfs虚拟文件系统后的机制。对每个在 sysfs中的目录,在内核中都会有一个 kobject与之对应。每个 kobject都输出一个或多个属性,它在 kobject 的 sysfs目录中以文件的形式出现,其中的内容由内核产生。

当创建kobject 时,每个 kobject都被给定一系列默认属性。这些属性保存在 kobj_type结构中:

struct kobj_type {
    void (*release)(struct kobject *);
    struct sysfs_ops *sysfs_ops;/*提供实现以下属性的方法*/
    struct attribute **default_attrs; /*用于保存类型属性列表（指针的指针） */
};
struct attribute {
    char *name;/*属性的名字( 在 kobject 的 sysfs 目录中显示)*/
    struct module *owner;/*指向模块的指针(如果有), 此模块负责实现这个属性*/
    mode_t mode; /*属性的保护位,modes 的宏定义在 <linux/stat.h>:例如S_IRUGO 为只读属性等等*/
}; /*default_attrs 列表中的最后一个元素必须用 0 填充*/

sysfs 读写这些属性是由 kobj_type->sysfs_ops成员中的函数完成的:

struct sysfs_ops {
	ssize_t	(*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);
	ssize_t	(*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);
	const void *(*namespace)(struct kobject *, const struct attribute *);
};

当用户空间读取一个属性时，内核会使用指向 kobject的指针（kobj）和正确的属性结构（*attr）来调用show方法，该方法将给定属性值编码进缓冲(buffer)（注意不要越界( PAGE_SIZE字节)），并返回实际数据长度。sysfs的约定要求每个属性应当包含一个可读值;若返回大量信息,需将它分为多个属性.

也可对所有 kobject关联的属性使用同一个 show方法，用传递到函数的 attr指针来判断所请求的属性。有的 show方法包含对属性名字的检查。有的show方法会将属性结构嵌入另一个结构,这个结构包含需要返回属性值的信息，这时可用container_of获得上层结构的指针以返回属性值的信息。

store 方法将存在缓冲（buffer）的数据( size为数据的长度，不能超过 PAGE_SIZE )解码并保存新值到属性（*attr）,返回实际解码的字节数。store方法只在拥有属性的写权限时才能被调用。此时注意：接收来自用户空间的数据一定要验证其合法性。如果到数据不匹配,返回一个负的错误值。

3          案例

/**********************************************
 * Author: lewiyon@hotmail.com
 * File name: kset_sample.c
 * Description: kset example
 * Date: 2011-12-10
 *********************************************/

#include <linux/kobject.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

/*
 * 将要创建的文件foo对应的kobj.
 */
struct foo_obj {
       struct kobject kobj;
       int foo;
       int baz;
       int bar;
};

/* 通过域成员返回结构体的指针 */
#define to_foo_obj(x) container_of(x, struct foo_obj, kobj)

/* 属性 */
struct foo_attribute {
       struct attribute attr;
       ssize_t (*show)(struct foo_obj *foo, struct foo_attribute *attr, char *buf);
       ssize_t (*store)(struct foo_obj *foo, struct foo_attribute *attr, const char *buf, size_t count);
};

#define to_foo_attr(x) container_of(x, struct foo_attribute, attr)

/*
 * 属性foo信息显示函数 (涉及文件目录foo/)
 */
static ssize_t foo_attr_show(struct kobject *kobj,
                          struct attribute *attr,
                          char *buf)
{
       struct foo_attribute *attribute;
       struct foo_obj *foo;

       attribute = to_foo_attr(attr);
       foo = to_foo_obj(kobj);

       if (!attribute->show)
              return -EIO;

       return attribute->show(foo, attribute, buf);
}

/*
 * 属性foo存储函数(涉及文件目录foo/) (when a value is written to a file.)
 */
static ssize_t foo_attr_store(struct kobject *kobj,
                           struct attribute *attr,
                           const char *buf, size_t len)
{
       struct foo_attribute *attribute;
       struct foo_obj *foo;

       attribute = to_foo_attr(attr);
       foo = to_foo_obj(kobj);

       if (!attribute->store)
              return -EIO;

       return attribute->store(foo, attribute, buf, len);
}

/*
 * foo的show/store列表
 */
static const struct sysfs_ops foo_sysfs_ops = {
       .show = foo_attr_show,
       .store = foo_attr_store,
};

/*
 * The release function for our object.  This is REQUIRED by the kernel to
 * have.  We free the memory held in our object here.
 */
static void foo_release(struct kobject *kobj)
{
       struct foo_obj *foo;

       foo = to_foo_obj(kobj);
       kfree(foo);
}

/*
 * 当需要从foo文件中读取信息时，调用此函数
 */
static ssize_t foo_show(struct foo_obj *foo_obj, struct foo_attribute *attr,
                     char *buf)
{
       return sprintf(buf, "%d
", foo_obj->foo);
}

/*
 * 当往foo文件写入信息时，调用此函数
 */
static ssize_t foo_store(struct foo_obj *foo_obj, struct foo_attribute *attr,
                      const char *buf, size_t count)
{
       sscanf(buf, "%du", &foo_obj->foo);
       return count;
}

static struct foo_attribute foo_attribute =
       __ATTR(foo, 0666, foo_show, foo_store);

/*
 * foo_ktype的属性列表
 */
static struct attribute *foo_default_attrs[] = {
       &foo_attribute.attr,
       NULL,     /* need to NULL terminate the list of attributes */
};

/*
 * 定义kobj_type结构体
 * 指定sysfs_ops,release函数, 属性列表foo_default_attrs
 */
static struct kobj_type foo_ktype = {
       .sysfs_ops = &foo_sysfs_ops,
       .release = foo_release,
       .default_attrs = foo_default_attrs,
};

static struct kset *example_kset;
static struct foo_obj *foo_obj;

static struct foo_obj *create_foo_obj(const char *name)
{
       struct foo_obj *foo;
       int retval;

       /* allocate the memory for the whole object */
       foo = kzalloc(sizeof(*foo), GFP_KERNEL);
       if (!foo)
              return NULL;

       foo->kobj.kset = example_kset;

    /*
     * 初始化kobject数据结结构foo->lobj,
     * 即 在foo->kobj的层次组织kset中创建个名为name的文件foo/foo
     * 成功返回0
     */
       retval = kobject_init_and_add(&foo->kobj, &foo_ktype, NULL, "%s", name);
       if (retval) {
        /* 减小kobj的引用计数 */
              kobject_put(&foo->kobj);
              return NULL;
       }

       /*
        * 发送 KOBJ_ADD / KOBJ_REMOVE 等事件
        * We are always responsible for sending the uevent that the kobject
        * was added to the system.
        */
       kobject_uevent(&foo->kobj, KOBJ_ADD);

       return foo;
}

static void destroy_foo_obj(struct foo_obj *foo)
{
    /* 减小kobj的引用计数 */
       kobject_put(&foo->kobj);
}

static int __init example_init(void)
{
       /*
        * 动态地在kernel_kobj所对应的目录/sys/kernel/下创建一个目录kset_example
        * 并返回kset_example对应的kset
        */
       example_kset = kset_create_and_add("kset_example", NULL, kernel_kobj);
       if (!example_kset)
              return -ENOMEM;

       foo_obj = create_foo_obj("foo");
       if (!foo_obj)
              goto foo_error;

       return 0;

foo_error:
       return -EINVAL;
}

static void __exit example_exit(void)
{
       destroy_foo_obj(foo_obj);
       kset_unregister(example_kset);
}

module_init(example_init);
module_exit(example_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Younger Liu <younger.liucn@gmail.com>");

4          参考资料：

sysfs文件系统详解：http://blog.chinaunix.net/u1/55599/showart_1089096.html

sysfs.h源码详析：http://blog.chinaunix.net/u1/55599/showart_1091002.html

http://www.diybl.com/course/6_system/linux/Linuxjs/2008727/134055.html

作者：Younger Liu，本作品采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 3.0 未本地化版本许可协议进行许可。